6.4. Методы определения пределов прочности

В предыдущем параграфе было показано, что при построении паспортов прочности широко используется информация о пределах прочности породы при одноосных сжатии и растяжении. Поэтому существует ряд стандартизованных методов их определения. Практическая размерность пределов прочности в СИ – МПа, в горной литературе также используются единица - кгс/см² (1 кгс/см² = 0,098 МПа).

6.4.1. Определение предела прочности при одноосном растяжении

Основными нормативными документами являются: ГОСТ 21153.3-85 «Методы определения предела прочности при одноосном растяжении», ГОСТ 24941-81. Согласно стандартам испытания считаются достоверными, если предел прочности при одноосном растяжении для испытуемых образцов получается не меньше 0,5 МПа.

6.4.1.1. Прямой метод определения предела прочности при одноосном растяжении

С ущность метода заключается в испытании образца правильной формы (цилиндрической с диаметром 30…60 мм или призматической с квадратным поперечным сечением со стороной 20…60 мм), концы которого помещены в удерживающие обоймы. Длина образца между обоймами должна быть не менее одного диаметра или стороны квадрата. Передача разрушающего усилия происходит по поверхности образца (рис. 6.12).

В момент разрыва фиксируется величина предельной силы - . Предел прочности вычисляется по очевидной формуле - , где - площадь поперечного сечения образца. Относительная погрешность¹⁾ метода до 20%.

Основные недостатки метода заключается в необходимости предварительной обработки образца и тщательной его центровки в испытательной машине (незначительные перекосы заметно занижают получаемый предел прочности). Применение в качестве материала, скрепляющего обоймы и образец, мягких припоев (например, сплава Вуда) позволяет повысить надежность испытаний.

6.4.1.2. Метод разрушения цилиндрических образцов сжатием по образующим

М етод имеет две разновидности испытания образцов: между стальными плитами и клиньями (рис. 6.13). В любом случае разрушающее усилие передается по линии контакта с образцом. Первая разновидность испытания еще известна как «бразильский» метод, предложенный сначала для бетонов Карнейро и Барселлос в 1949 г. Перпендикулярно плоскости, проходящей через диаметр образца и линии приложения усилия, возникают растягивающие напряжения.

Величина предельных растягивающих напряжений при испытании образцов по образующим между плитами определяется по формуле Герца (1889 г.)

, (6.21)

где - диаметр основания образца (должен находиться в пределах 30…60 мм), - его высота (высота должна удовлетворять условию ).

При испытании образцов по образующим между клиньями соответствующая формула приобретает вид

. (6.22)

В месте контакта с породой клинья должны иметь радиус закругления 5 мм.

В отличие от прямого метода определения предела прочности при одноосном растяжении метод разрушения цилиндрических образцов сжатием по образующим дает более надежные результаты, так как не требуются специальные захватные устройства. Основное требование заключается в обеспечении наиболее полного контакта плит или клиньев по образующей боковой поверхности образца, особенно для прочных скальных пород. Заметим, что данное требование частично удовлетворяется применением сегмента в нагрузочном устройстве (рис. 6.13).